Ett studentrymduppdrag för att studera planetbildning

Esrange Space Center ligger i polcirkeln i norra Sverige nära gruvstaden Kiruna. Den 19 mars förra året var det värd för lanseringen av ett ovanligt rymduppdrag för att studera hur planeter bildas.

Astrofysiker tror att planetbildningen börjar när mikrometerstora dammpartiklar, resterna från stjärnbildningen, binds till varandra för att bilda millimeter- eller centimeterstora småsten. Dessa aggregeras sedan till större stenar och så vidare. Men exakt hur detta första skede sker är inte väl förstått.

Det beror delvis på att experiment för att studera detta fenomen är svåra att göra på jorden. I detta tidiga skede av planetbildning kolliderar stoftpartiklarna troligen med hastigheter på mindre än 1 centimeter per sekund och detta kan endast reproduceras och studeras under mikrogravitationsförhållanden.

Så uppdraget, kallat REXUS 12, var ett suborbitalt humle som genererade upp till 3 minuter av mikrogravitation för att studera hur dammpartiklar håller ihop. Experimentet designades, byggdes och genomfördes för att öka vår kunskap om de processer som dominerar den första fasen av planetbildningen, säger Julie Brisset och kompisar vid tekniska universitetet i Braunschweig i Tyskland.

Rymduppdraget var ovanligt eftersom Brisset och flera av hennes kollegor är studenter som arbetar mot sina doktorsexamen. REXUS står för Rocket Experiments University Students, ett projekt som till stor del finansieras av German Aerospace Center DLR.

Experimentet är relativt enkelt. Den bestod av en maskin som skakar glasbehållare med damm för att producera partikelkollisioner med den hastighet som krävs. Dammet bestod av submillimeterkorn av sfärisk och oregelbunden kiseldioxid. Brisset och co filmade hela experimentet med en hastighet av 170 bilder per sekund för att se exakt hur dammpartiklarna betedde sig under mikrogravitationsförhållanden.

De säger att de lärde sig några värdefulla lektioner om det praktiska i den här typen av arbete. Till exempel var deras glasbehållare speciellt belagda med ett anti-vidhäftande lager utformat för att förhindra att damm fastnar på behållarens väggar.

Men detta var inte så effektivt som de hade hoppats. Dammaggregaten … har en mycket hög vidhäftningseffektivitet med partikelbehållarnas glasväggar, även om dessa faktiskt var belagda med ett anti-adhesivt skikt av nanopartiklar, säger Brisset och co. Så att hitta bättre sätt att förhindra denna typ av stickning kommer att vara viktigt i framtiden.

De märkte också att mikrogravitationsförhållandena under experimentet var långt ifrån perfekta och att detta fick en del av dammet att samlas i ena hörnet av behållarna. Brisset och co säger att detta var resultatet av accelerationer orsakade av kvarvarande luftmotstånd och raketens snurrande.

Teamet säger också att om de fick chansen att köra experimentet igen skulle de använda en kamera med mer internminne så att de kunde använda en högre bildhastighet för att spela in data.

Brisset och co har ännu inte publicerat en detaljerad analys av sina data. Men när partiklar kolliderar finns det i huvudsak tre möjliga utfall: de kan studsa, hålla ihop för att bilda större partiklar eller splittras till mindre partiklar. Teoretiker tror att utfallet bara beror på partiklarnas massa och deras hastighet och har skapat ett slags fasdiagram som visar vad som borde hända för olika värden på dessa variabler (se diagram ovan).

Bilderna i denna uppsats visar verkligen hur dammaggregat kombineras för att bilda större partiklar. Det ska bli intressant att se om data ger några mer detaljerade insikter i denna process och om de teoretiska förutsägelserna om hur dammaggregat faktiskt matchar deras experimentella observationer.

Ref: arxiv.org/abs/1308.3645 : Det suborbitala partikelaggregations- och kollisionsexperimentet (SPACE): Studerar kollisionsbeteendet hos submillimeterstora dammaggregat på den suborbitala raketflygningen REXUS 12

Dölj